Investigación pionera sobre la producción de células T CAR mediante un biorreactor microfluídico de alta densidad

Publicado originalmente por Singapore-MIT Alliance for Research and Technology el 27 de junio de 2024

El Dr. Wei-Xiang Sin, investigador de SMART, sostiene el chip microfluídico dentro del cual se activan, transducen y expanden las células T en una cámara de crecimiento de 2 mililitros. Crédito: SMART CAMP

Un equipo de investigadores ha desarrollado un novedoso método capaz de producir dosis clínicas de células T autólogas viables con receptores de antígenos quiméricos (CAR) en un chip microfluídico automatizado de sistema cerrado ultrapequeño, aproximadamente del tamaño de una baraja de cartas.

El equipo del Grupo de Investigación Interdisciplinar (IRG) Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología (SMART), la delegación de investigación del MIT en Singapur, colaboró con investigadores de la Facultad de Medicina Duke-NUS (Duke-NUS), el Instituto de Biología Molecular y Celular (IMCB) de la Agencia para la Ciencia, la Tecnología y la Investigación (A*STAR), el Hospital Infantil y de Mujeres KK (KKH) y el Hospital General de Singapur (SGH).

Este método es la primera vez que se utiliza un microbiorreactor en la producción de productos de terapia celular autóloga. En concreto, el novedoso método se utilizó con éxito para fabricar y expandir células CAR-T que son tan eficaces como las células producidas con los sistemas existentes en un espacio más reducido, y utilizando un menor número de células seminales y reactivos para la fabricación de células.

Esto podría dar lugar a métodos más eficientes y asequibles para ampliar la fabricación de terapias celulares autólogas, e incluso podría permitir la fabricación de células CAR-T fuera de un entorno de laboratorio, como en hospitales y salas.

La fabricación de terapias con células CAR-T requiere el aislamiento, la activación, la modificación genética y la expansión de las células T del propio paciente para eliminar las células tumorales tras la reinfusión en el paciente.

A pesar de que las terapias celulares han revolucionado la inmunoterapia contra el cáncer y de que algunos de los primeros pacientes que recibieron terapias celulares autólogas han permanecido en remisión durante más de diez años, el proceso de fabricación de células CAR-T ha seguido siendo incoherente, costoso y lento.

Puede ser propenso a la contaminación, estar sujeto a errores humanos y requerir un número de células de siembra poco práctico para la producción de células CAR-T a pequeña escala. Estas dificultades crean cuellos de botella que restringen tanto la disponibilidad como la asequibilidad de estas terapias a pesar de su eficacia.

En un artículo titulado "High-density microbioreactor process designed for automated point-of-care manufacturing of CAR T cells" (Proceso de microbiorreacción de alta densidad diseñado para la fabricación automatizada en el “punto de atenión” de células  CAR-T), publicado en Nature Biomedical Engineering, los investigadores del CAMP detallan su gran avance: las células T primarias humanas pueden activarse, transducirse y expandirse a altas densidades en un chip microfluídico automatizado de sistema cerrado de dos mililitros para producir más de 60 millones de células CAR-T de donantes con linfoma y más de 200 millones de células CAR-T de donantes sanos.

Las células CAR T producidas con el microbiorreactor son tan eficaces como las producidas con métodos convencionales, pero en menos espacio y con menos recursos. Esto se traduce en un menor coste de los bienes fabricados (COGM) y potencialmente se traduce en menores costes para los pacientes.

Con altas tasas de expansión de células T, se podría alcanzar un número total de células T similar con un periodo de cultivo más corto en el microbiorreactor (de siete a ocho días) en comparación con las placas de cultivo permeables al gas (12 días), lo que podría acortar los tiempos de producción entre un 30 y un 40%.

Los investigadores demostraron que las células CAR-T del biorreactor microfluídico y de las placas de cultivo permeables al gas sólo mostraban diferencias sutiles en la calidad celular. Las células fueron igualmente funcionales a la hora de matar células leucémicas cuando se probaron en ratones.

"Este nuevo método sugiere que es factible una miniaturización drástica de la producción de terapia celular autóloga de generación actual, con el potencial de aliviar significativamente las limitaciones de fabricación de la terapia con células CAR-T. Esta miniaturización sentaría las bases para la fabricación de células CAR-T en el punto de atención y reduciría la huella de las 'buenas prácticas de fabricación' (BPF) necesarias para producir terapias celulares, que es uno de los principales impulsores de la COGM", afirmó Wei-Xiang Sin, investigador científico de SMART CAMP y primer autor del artículo.

En concreto, el microbiorreactor utilizado en la investigación es un sistema cerrado, automatizado y basado en perfusión que ocupa el menor espacio por dosis, tiene el menor volumen de cultivo y número de células sembradas, así como la mayor densidad celular y el mayor nivel de control del proceso que se puede alcanzar.

Estos microbiorreactores, que hasta ahora sólo se utilizaban para cultivos de células microbianas y de mamíferos, se desarrollaron originalmente en el MIT y Millipore Sigma los ha comercializado.

El reducido número de células iniciales necesarias, en comparación con las plataformas de fabricación automatizada existentes de mayor tamaño, significa que se requieren cantidades más pequeñas de microesferas de aislamiento, reactivos de activación y vectores lentivirales por ciclo de producción.

Además, se requieren volúmenes más pequeños de medio (al menos diez veces menos que los sistemas de cultivo automatizados más grandes) debido al volumen de cultivo extremadamente pequeño (2 mililitros; aproximadamente 100 veces menos que los sistemas de cultivo automatizados más grandes), lo que contribuye a reducir significativamente el coste de los reactivos. Esto podría beneficiar a los pacientes, especialmente a los pediátricos, que tienen un número de células T bajo o insuficiente para producir dosis terapéuticas de células CAR-T.

"Este avance en la fabricación de terapia celular podría, en última instancia, ofrecer una plataforma de punto de atención que podría aumentar sustancialmente el número de ranuras de producción de células CAR-T, reduciendo los tiempos de espera y el coste de los bienes de estos medicamentos vivos, haciendo que la terapia celular sea más accesible a las masas", dijo Michael Birnbaum, Investigador Principal Co-Líder en SMART CAMP, Profesor Asociado de Ingeniería Biológica en el MIT, y coautor del artículo.

"El uso de biorreactores a escala reducida también podría ayudar a los estudios de optimización de procesos, incluso para diferentes productos de terapia celular".

De cara al futuro, SMART CAMP está trabajando en la ingeniería adicional de sistemas de muestreo y/o analíticos en torno al microbiorreactor para que la producción de CAR-T pueda realizarse con menos mano de obra y fuera de un entorno de laboratorio, facilitando potencialmente la fabricación descentralizada de células CAR- T junto a la cama del paciente.

SMART CAMP también pretende seguir optimizando los parámetros del proceso y las condiciones de cultivo para mejorar el rendimiento y la calidad de las células con vistas a su futuro uso clínico.

Más información: Wei-Xiang Sin et al, A high-density microfluidic bioreactor for the automated manufacturing of CAR T cells, Nature Biomedical Engineering (2024). DOI: 10.1038/s41551-024-01219-1

Publicación: Nature Biomedical Engineering

Proporcionado por Singapore-MIT Alliance for Research and Technology

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